[发明专利]一种复合水凝胶-改性生物炭材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种采用复合水凝胶-改性生物炭材料去除废水中重金属的应用方法，其特征在于，向废水中投加采用下述制备方法制得的复合水凝胶-改性生物炭材料，充分混合直至去除废水中的重金属，其中的制备方法包括以下步骤：

S1：利用柠檬酸钠溶液浸渍秸秆，热解得到柠檬酸钠改性生物炭材料；

S2：分别准备羧甲基纤维素溶液和L-胱氨酸二甲酯二盐酸盐溶液；

S3：将步骤S1得到的柠檬酸钠改性生物炭材料均匀分散于步骤S2中的羧甲基纤维素溶液中得到混合液，其中，羧甲基纤维素溶液中的羧甲基纤维素与柠檬酸钠改性生物炭材料的投加质量比为（3~7）：2，在将柠檬酸钠改性生物炭材料加入到羧甲基纤维素溶液中后两者之间的混合均匀时间维持在0.5~1h，混合速度控制在600~800rpm；

S4：向步骤S3得到的混合液中加入催化剂并搅拌以充分活化整个反应体系；

S5：将L-胱氨酸二甲酯二盐酸盐溶液加入到反应体系中，并搅拌以使整个反应体系均匀的交联，得到复合水凝胶-改性生物炭材料。

2.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于，步骤S1具体包括：粉碎秸秆，并将粉碎后的秸秆浸渍在柠檬酸钠溶液中，再将浸渍在柠檬酸钠溶液中的粉碎后的秸秆一并放置于500~600℃下热解处理2~3h，冷却后得到柠檬酸钠改性生物炭材料。

3.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于，步骤S1还包括：将柠檬酸钠改性生物炭材料粉碎、研磨，过100目筛以备用。

4.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于，步骤S2中准备的羧甲基纤维素溶液的浓度控制为0.5~5wt%，L-胱氨酸二甲酯二盐酸盐溶液的浓度控制为0.1~0.5wt%。

5.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于，步骤S3具体包括：将预定量的柠檬酸钠改性生物炭材料投入到持续搅拌的羧甲基纤维素溶液中，并持续搅拌预定时间以使得柠檬酸钠改性生物炭材料均匀分散于羧甲基纤维素溶液中。

6.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于，步骤S4中的催化剂为N-羟基琥珀酰亚胺和1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐。

7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于，投加的N-羟基琥珀酰亚胺和1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的质量分别为羧甲基纤维素与柠檬酸钠改性生物炭材料的质量总和的0.5~2倍和0.5~3倍，活化时间为5~10min，所需的搅拌速度为100~200rpm。

8.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于，步骤S5中具体包括：待反应体系出现状态变化后，将L-胱氨酸二甲酯二盐酸盐溶液加入到反应体系中，以搅拌速度为600~800rpm进行搅拌并持续10min以内，在整个反应体系基本凝胶化后将整个反应体系静置0.5~1h。

9.根据权利要求8所述的应用方法，其特征在于，投加的L-胱氨酸二甲酯二盐酸盐溶液中L-胱氨酸二甲酯二盐酸盐的质量为羧甲基纤维素、柠檬酸钠改性生物炭材料和催化剂的质量总和的1/（100~200）。

10.根据权利要求1至9任一项所述的应用方法，其特征在于，还包括：S6：将步骤S5制备得到的复合水凝胶-改性生物炭材料置于冷冻干燥机中，冷冻干燥至恒重，并将干燥后的复合水凝胶-改性生物炭材料研磨粉碎并过筛。

11.根据权利要求10所述的应用方法，其特征在于，冷冻干燥时间持续24h以上。